国外需求响应技术及项目实践

潘小辉，王蓓蓓，李 扬

（东南大学 电气工程学院，南京 210096）

国外需求响应技术及项目实践

潘小辉，王蓓蓓，李 扬

（东南大学 电气工程学院，南京 210096）

在深入调研国外需求响应发展现状的基础上，对国外需求响应的政策、项目类型、关键技术等进行了重点分析，以获取国外需求响应发展的先进成果和经验，为未来我国需求响应的进一步深入和全面发展提供参考和借鉴，最后给出对我国需求响应发展的启示与建议。

需求响应；需求响应项目；需求响应政策

由于我国需求响应（Demand response,DR）的发展相比于欧美发达国家起步较晚，目前只有峰谷电价在多数城市推行，而尖峰电价、可中断负荷还处于试行和探索阶段。需求响应项目较少且技术薄弱、项目实践经验缺乏，阻碍了我国需求响应进一步深入和全面发展。因此对国外需求响应发展现状进行梳理分析，借鉴国外先进经验，解决目前我国需求响应发展存在的问题，具有必要性和现实意义。

1 国外需求响应实施现状与分析

1.1 环境与政策方面

在美国，独立系统营运商（ISOs）/区域输送组织（RTOs）充分利用电力市场环境的优越性，积极推出了基于市场的DR市场产品：容量、能源（日前，实时平衡）、辅助备用服务（调频、旋转备用、非旋转备用）等。欧洲共有八大区域性电力市场，各自有不同的市场规则及技术标准。欧洲不是单一的电力市场，没有一个整体性的需求响应实施计划，因此欧洲各国所开展的需求响应项目主要依据于各自制定的方案和规则。而欧洲国家的一些地区电力市场的设计和政策并没有给DR的发展带来机会和创新。

国外开展的需求响应得到了政策上大力支持，推动了需求响应的发展。2010年欧盟委员会发布了欧洲的3个2020年气候和能源目标，需求响应是帮助欧盟委员会实现2020年3个目标的一个重要手段，这将直接促进需求响应在欧洲的发展。美国需求响应起步早，相关政策相对完备。2005年、2007年美国分别颁布了《能源政策法案》[12]和《能源独立与安全法案》，明确规定了对实施需求响应的大力支持。2009年2月,美国总统奥巴马签署《美国复苏与再投资法案》，明确将45亿美元划拨给美国能源部,用于促进电网现代化、整合DR设备和实现智能电网技术。

1.2 项目方面

按照终端用户针对市场价格信号或激励机制做出响应并改变正常电力消费模式的市场参与行为，需求响应项目可以分为基于电价和基于激励2类。基于电价的需求响应项目就是让消费者直接面对基于时间的电价并自主做出用电时间、用电方式的安排和调整，包括分时电价（TOU）、尖峰电价（CPP）、实时电价（RTP）等。基于激励的需求响应项目是直接采用激励的方式来激励和引导用户参与各种系统所需要的负荷削减，包括直接负荷控制、可中断负荷、需求侧竞价、紧急需求响应计划、旋转备用和非旋转备用计划、调频服务等。这2种需求响应项目是互相联系的，使用时要保证这2类需求响应措施的目标不能相互冲突。

在过去的20年里,欧洲在大工业用户中使用了不同形式的切负荷机制来削减高峰负荷，因此目前欧洲的DR项目也主要面向于大型工业用户。欧洲需求响应主要的形式是可中断负荷和分时电价，部分电力市场采用了需求侧竞价，如表1。

目前在美国，尖峰电价相对没有分时电价和实时电价那么普及,只有部分机构针对大型工商业用户和普通居民用户实施了尖峰电价。美国最早的尖峰电价项目是海湾电力公司在2000年开始实施的。直接负荷控制（DLC）项目在美国已经采用了40多年，最常用的DLC项目就是空调、热水器和水池水泵等用电设备的远方控制和调节。全美各州可中断负荷项目的开展各具特色，加州的可中断负荷主要以运营负荷参与计划和需求削减计划为主；纽约电力市场中的可中断负荷参与日前现货市场或运行备用市场；PJM的可中断负荷分为紧急负荷响应计划和经济负荷响应计划。调查发现，全美2010年基于激励的DR项目数量显著的增加：2010年有486个，2008年有274个。而基于电价的项目有所减少：2010年有346个，2008年有508个。

1.3 用户方面

工业用户能够针对价格或激励信号快速做出响应并削减大量的用电需求，因此非常适合需求响应项目，过去开展的需求响应也主要集中面向工业用户。目前用户与电网之间的互动还十分匮乏：用户方面，他们并不关心自己的需求弹性对电网是否有作用；电网方面，它对用户是否有能力去管理自己的设备这方面的信息非常缺乏。

用户参与度是衡量需求响应项目是否成功的重要指标。假如一个项目方案效果显著但用户参与度仅占总人数的1%，那么项目方案的实施对于整个电力系统影响作用也不大。国外实践表明：提高激励和加强教育、宣传可提高用户对DR项目的满意度和接受度，继而提升用户参与度。另外，对DR理解和接受度高的用户也能够减少更多的电力需求。国外十分重视DR宣传、教育：欧洲研究了许多通过教育方式让用户改变消费习惯的需求响应方案，通常规模较小但效果显著；美国把对DR相关人员的教育、培训工作写入了国家DR行动计划中。

1.4 成效

国外通过开展需求响应实现了峰荷削减，峰荷的潜在削减量也在逐年增大。输电协作联盟（UCTE）指出欧洲各国现有需求响应资源平均可削减峰荷的2.9%。2020年，输电协作联盟对欧洲各国可削减峰荷总值预测为13.77 GW，未来欧洲DR将发挥出的成效依然值得期待。

从美国现有资源来看，2010年可实现峰荷削减53 062 MW，见表2，约占全国峰荷的6.7%。其中参与基于激励的DR项目的用户可削减峰荷47 448 MW，而参与基于电价的DR项目的用户只能削减峰荷5 614 MW；从百分率上看,大约有89%的高峰负荷削减由基于激励的DR项目提供。2009年FERC提出了4种美国DR实施方案，2019年可分别削减38、82、138、188 GW不等的峰荷，其中最高方案可削减峰荷的20%，意味着需求响应措施可消化全美10年内的电力需求增长。

表1 欧洲各地区需求项目及实施模式

表2 美国需求响应项目可实现的负荷削减 MW

2 国外需求响应关键技术与典型项目实践

2.1 关键技术

有效地开展需求响应项目，最大程度挖掘出DR潜力，同样离不开技术上的支撑。智能电能表方面，欧盟指示在整个欧洲装备智能电能表，并由各国家政府强制执行；美国计划2013年前使全美电能表的1/3更换为智能电能表。通信技术方面，室内显示装置、双向互动通信装置等设备已在DR项目中使用。控制技术方面，远程负荷控制装置、温控器等设备已在需求响应项目中广泛使用。自动化技术方面，自动需求响应技术的开发与使用，使最初的手动、半自动化需求响应发展到现在的全自动需求响应。平台方面，美国的技术供应商推出了需求响应管理平台，以方便用户科学地管理和控制用电负荷；欧洲将以智能电能表基础设施为依托，建立大范围的需求响应项目功能和服务平台，以更深入更有效的开展需求响应项目。另外欧洲公共事业单位和通信公司正合作开发各种形式的智能能量盒，以实现设备的控制与管理及其它辅助服务。

建立行业技术标准将大大提升先进技术在DR中大规模推广的机会和价值，这方面国外一直都在正确的道路上。2011年欧洲标准化组织（European Standardization Organizations）发布欧洲标准规范M490，它为智能仪表、通信显示装置、基础平台制造商提供一个公认的参考标准。2009年英国发布了负荷管理的功能要求标准。2009年美国制定了首批16个智能电网行业标准，其中之一就是开放型自动需求响应的标准规范。

2.2 典型项目实践

发达国家需求响应起步早，有许多DR工程实践对DR技术进行试验、应用、推广。其中不乏对DR技术运用成熟、用户参与度高、与中国相关度高并且效果明显的典型工程实践，这些典型工程实践的成功，也说明未来智能电网技术支撑下需求响应发展的美好前景。

典型项目1：2007英国政府启动的能源使用信息反馈项目，是智能电能表和通信技术在DR中的成熟运用。能源公司通过智能电能表、实时显示等装置，向用户及时反馈能源使用信息。该项目的特色在于并没有采用价格和补偿激励，而是单纯利用智能电能表和通信技术及时反馈能源消费信息，从而成功达到减少能耗和转移峰荷的效果。项目参与用户数超过60 000户，项目第一年节约总耗能的2.3%，第二年这个数字增长到了4%。

典型项目2：美国德克萨斯州的空调负荷管理项目是控制技术在DR中的典型应用，用户参与度相当高。在夏季下午负荷高峰时，Austin Energy利用温控器来循环控制用户的空调来削减峰荷，并允许用户利用在线工具控制自己的智能温控器。温控器的安装数量每年稳步增长，峰荷削减量也在增长。根据用户调查，大多数参与者对该项目表示满意。80%的参与者会推荐这个项目，超过75%的参与者认为他们的体验很精彩。截至2009年德克萨斯州已经安装了86 000个智能温控器，可削减峰荷90 MW。基于这个项目的经验和成功，Austin Energy计划所有用户都能参与，并且在其他城市分享这个方案的成功。

典型项目3：南加州爱迪生公司（SCE）在美国加州开展的自动需求响应项目是自动化技术与DR的成功结合。由于该项目实施背景与中国体制相关度高并且效果显著，使得该项目很具代表性和借鉴性。项目实施者南加州爱迪生公司（SCE）是与中国国家电网公司类似的一家大型电力公司，单独对智能电网、需求响应项目发展建设负责，针对工商业用户开展了不同的需求响应项目。类似我国电价由发改委制定，加州电力价格则由州政府部分管理。项目可实现峰荷削减692 MW,相当于系统峰荷的6.5%，证明了自动需求响应技术可以在电力需求高峰时期起到削峰作用。实践表明，使用自动化技术的DR项目比不使用该技术的项目更易获得成功，效率也高30%～100%。

3 对我国需求响应发展的启示与建议

现阶段国内外DR发展的基础条件对比见表3。由表3对比可以看出，相对于国外电力市场的环境，我国电力由电网公司统一管理的模式将大大有利于新的需求响应技术和方案的推广，这是我国开展需求响应的优势。然而，同样可以看到，我国在政策基础、项目和用户基础、技术基础上不同程度落后于欧美发达国家。为了保持我国在需求响应方面取得的成果，未来需求响应的发展在智能电网技术条件支撑下取得进步和突破，继续挖掘我国尚存在的较大DR潜力，应借鉴国外需求响应的先进成果和经验。建议在以下方面做出改进和努力。

（1）更多的政策支持。中国DR政策处于建章立制、积极完善的阶段，应当进一步加强与完善。建议由政府主导尽快制定国家层面上的DR行动计划，使得中国需求响应各方面协调、共同发展。

（2）重视DR宣传、教育并及时向用户反馈消费信息。通过教育、宣传提高参与者对DR理解和接受度，利于DR项目的推广；及时向用户反馈消费信息，也能起到减少能耗和转移峰荷的效果。

（3）积极研发与推广新技术。国外有专门的机构大力研发新技术，并积极推进示范项目的试点，继而在全社会推广和实施其中成熟和先进的技术。而国内目前还缺乏这样的组织机构来承担这样的任务，成为了我国需求响应技术创新和突破的障碍，建议增设类似职能的组织机构。

（4）积极推动试点项目实践。目前我国需求响应项目较少且形式单一，发挥的效益有限。建议积极推动国内试点项目实践，寻求更多符合我国实际需求的需求响应项目和实施模式，更大程度地挖掘出我国需求响应的潜力。

表3 现阶段国内外DR发展的基础条件对比

（5）与智能电网技术协调推进、相辅相成。充分把握中国智能电网建设给DR发展带来的机遇，最大程度利用好智能电网所创造的技术条件，加速我国DR的发展。建议加快建立、完善包含DR的智能电网技术规范与行业标准,以支持智能电网技术与DR项目的大规模部署。

（6）与中国实际国情相结合，坚持具有中国特色的发展路线。每个国家国情不一样，电力市场环境也不一样，开展需求响应工作应与我国实际相结合。建议由政府引导支持、电网公司主导、第三方机构参与实施以及用户的参与，共同完善和实施需求响应的应用，逐步在实践中优化需求响应的实施策略。

4 结束语

各国发展智能电网的推动力和侧重点各不相同，但建设智能电网已经成为全世界电力行业的愿景。国家电网公司也紧随国际智能电网的发展步伐，从我国国情出发提出建设坚强智能电网。智能电网技术不仅使各类DR项目能够更加方便地部署与推广,还使用户能够更加灵活地安排用电方案与响应策略。在智能电网框架下的需求响应遇到了前所未有的发展机遇,但中国在具体实施过程中应吸取国外的先进经验和成果,并结合实际情况积极进行创新，更好地促进需求响应在我国深入、全面的发展。

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Demand response technology abroad and its practice

PAN Xiao⁃hui,WANG Bei⁃bei,LI Yang
（Southeast University,Nanjing,210096,China）

This paper focuses on the analysis of policy,pro⁃gram type,key technology.etc to gain the advanced achievements and experience of overseas demand response based on in⁃depth re⁃search of the current situation of overseas demand response.That could provide reference for the further in⁃depth development of Chinese demand response under the technology support of smart grid,and finally the enlightenment and suggestions to demand re⁃sponse construction of China are proposed.

demand response;demand response program;demand response policy

F416.61；TK018

C

1009-1831（2013）01-0058-05

2012-07-24

潘小辉（1987），男，江西南昌人，硕士研究生,主要研究方向为需求侧管理与需求响应；王蓓蓓（1979），女,安徽蒙城人，博士，副教授，主要研究方向为智能用电、需求侧管理与需求响应；李扬（1961），男，江苏泰兴人，博士，教授，主要研究方向为电力市场、需求侧管理与需求响应。

国家自然科学基金项目（71001026）；国家863高技术基金项目（2011AA05A115)